Порядок выполнения работы

1. Включить питание приборного модуля, компрессор.

2. Нажать клавишу клапана 4 и накачать в баллон воздух так, чтобы разность уровней жидкости в манометре стала равной H= 250 – 300 мм.

3. Отпустить клавишу клапана 4, выждать несколько минут, пока температура воздуха в баллоне не станет равной температуре окружающей среды. Записать значения уровней h₁иh₂в коленах манометра.В дальнейших опытах начальную разность уровнейH =h₂—h₁поддерживать постоянной.

4. Резко нажать на клапан сброса 5, соединив баллон с атмосферой. Одновременно включить секундомер. Выдержав клапан открытым в течение заданного времени τ, отпустить клапан. После того как уровни жидкости в манометре стабилизируются, измерить и записать в таблицу 1 уровни h_1, h_2 и h_ = h_2 — h_1.

5. Повторить опыты (пункты 2 – 4) не менее пяти раз для различных значений времени . (Рекомендуемые интервалы τ = 2, 5, 10, 15, 20 секунд).Следить за тем, чтобы начальная разность уровней H была постоянной.

Обработка результатов измерений

1. Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п	, с	h1()	h2()	h = h2 — h1, мм	lnh

2. Рассчитать значения lnh_для всех значений τ.

3. Построить график lnh_=f() (см. рис. 3).

4. Аппроксимировать полученную зависимость прямой линией, экстраполировать ее до пересечения с осью ординат. Точка пересечения имеет координату lnh₀.

5. Определить значение h₀.

6. По формуле (7) вычислить экспериментальное значение .

7. Оценить погрешность полученного результата .

8. Сравнить экспериментальное значение с теоретическим значением (воздух считать двухатомным идеальным газом).

Лабораторная работа 2а Определение коэффициента Пуассона для воздуха методом Клемана-Дезорма

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента Пуассона для воздуха классическим методом Клемана-Дезорма.

Описание установки

Приборы и принадлежности: стеклянный баллон с краном, соединенный резиновый трубкой с дифференциальным манометром, насос.

Общая схема установки представлена на рис. 1. Принцип ее действия состоит в следующем.

При помощи насоса в большой стеклянный баллон 3 накачивается воздух до некоторого давления , превышающего атмосферное:

,

где Н – атмосферное давление, – избыток давления сверх атмосферного (измеряется водяным манометром 1).

Когда воздух в баллоне примет температуру окружающего воздуха, быстро открывается кран 2 и воздух выпускается наружу до тех пор, пока давление в баллоне не станет равным атмосферному.

Выход воздуха происходит быстро, и, пренебрегая в первом приближении передачей тепла через стенки баллона, процесс расширения воздуха в баллоне можно считать адиабатическим. При этом расширяющийся воздух совершает работу против внешних сил – внешнего атмосферного давления. Следовательно, температура воздуха в баллоне понизится.

Если теперь закрыть кран 2 и дать воздуху в баллоне нагреться до температуры окружающего воздуха, то его давление возрастёт до некоторой величины

,

где – избыток давления над атмосферным.

Из полученных трёх состояний воздуха в баллоне несложно рассчитать коэффициент Пуассона.

Выделим мысленно некоторую массу m воздуха, которая остается в баллоне в течение всего эксперимента. Рассмотрим три состояния этой массы газа:

№пп	Состояние системы	Объем	Давление	Температура
1	Кран 2 закрыт, воздух сжат			Комнатная
2	Кран 2 открыт, воздух адиабатически расширен			Ниже комнатной
3	Кран 2 закрыт. Температура установилась			Комнатная

В состояниях 1 и 3 воздух имеет одинаковую температуру, поэтому

,

или

. (1)

(Уравнение Бойля-Мариотта).

Процесс 1-2 – адиабатическое расширение газа. Согласно уравнению Пуассона:

(2)

Из (1) и (2) следует:

.

Логарифмирование дает

.

Преобразуем этот результат:

.

Напомним, что избыточные давления и(мм водяного столба) значительно меньше атмосферного давления(~10м водяного столба). Поэтому раскладывая функциюв ряд, можно ограничиться только первым числом разложения

(при ).

В нашем случае:

. (3)

Задание. Определение отношения для воздуха

1. Закрыть кран 2 и, осторожно нагнетая воздух насосом, накачивать воздух в баллон 3, пока разность уровней в манометре не достигнет 20 – 25 см.

2. Когда давление окончательно установится, произвести отсчёт разности уровней воды в обоих коленах манометра 1 ().

3. Быстро повернув кран 2, открыть на короткое время баллон 3 и тотчас же закрыть кран.

4. Когда давление окончательно установится, записать разность уровней воды в обоих коленах манометра 1 ()

5. Повторить опыт не менее 10 раз. Результаты измерений представить в виде таблицы.

6. Вычислить по формуле (3).

7. Определить основные источники погрешности при определении коэффициента Пуассона данным методом. Конечный результат представить в стандартном виде: .